通过lncRNA

中文名:通过lncRNA-mRNA共表达网络分析长非编码RNA调节蝗虫的型变

英文名:Long Non-coding RNA Derived from lncRNA– mRNA Co-expression Networks Modulates the Locust Phase Change

期刊：Genomics Proteomics Bioinformatics

IF：7.051（1区）

通讯作者单位：中科院、河北大学

长链非编码RNA（lncRNA）调节基因表达、动物行为等各种生物学过程。尽管蛋白质编码基因、microRNA和神经肽在亚洲飞蝗的表型可塑性调节中起着重要作用，但有关lncRNA在此过程中功能研究较少。本文应用高通量RNA-seq来比较蝗虫型变时程中lncRNA和mRNA的表达模式。结果显示lncRNA在型变的早期阶段反应更快。功能注释表明，早期改变的lncRNA在分散和群居阶段采用了不同的途径来应对种群密度的变化。筛选了分散和群居阶段的网络中两个重叠的中枢lncRNA基因座进行功能验证。本文进一步证明LNC1010057为潜在的蝗虫型变因子。这项工作为深入了解蝗虫型变的分子机制并扩大lncRNA在动物行为中的作用范围提供了重要的数据。

实验材料：散居化处理为将群居型蝗虫单独饲养0h、4h、8h和16h后取出手机蝗虫大脑进行测序；

群居化处理为将10只散居型蝗虫与20只群居型蝗虫饲养于一个小笼子（10厘米×10厘米×10厘米）中，于0h、4h、8h和16h后取出，收集蝗虫大脑进行测序。在同一时间点采集样品的三个生物学重复，提取RNA，建立cDNA文库并进行RNA-seq。对lncRNA和mRNA进行差异表达分析及qRT-PCR验证，对不同时间点的样本进行STEM(ShortTime-seriesExpressionMiner)分析，并构建lncRNA–mRNA共表达网络的构建。对目标中心节点lncRNA进行RNAi，采集其行为录像数据进行行为数据分析。

1、蝗虫lncRNA的外显子比mRNA少但更长

研究发现大约78％的lncRNA包含2个外显子，而mRNA中包含的外显子数量为1至120（图1C）。因此，lncRNA的外显子明显长于mRNA的外显子（平均长度1142bpvs.263bp，图1D，左）。同时，lncRNA的内含子明显短于mRNA的内含子（平均长度：10086bpvs.12442bp，图1D，右）。表达水平分析表明，lncRNA的总体表达水平明显低于mRNA的表达水平（平均值为0.6vs.1.9；图1E）。但是，表达特异性分析表明，lncRNA的表达受时间限制的程度要高于mRNA（平均值为0.672对0.436图1F）。基于相对于mRNA的lncRNA基因组位置，蝗虫lncRNA被分类为基因间、重叠区、有义内含子、反义内含子、有义外显子和反义外显子。蝗虫77％以上的lncRNA是长基因间的ncRNA（lincRNA，图1G）。这些结果表明，蝗虫lncRNA与mRNA在结构和表达上有很大不同。蝗虫lncRNAs更长，具有更少但更长的外显子和更短的内含子。此外，lncRNA的表达模式显示出比mRNA更高的时间特异性。

图1lncRNA和mRNA之间的不同结构和表达

2、群居型蝗虫中特异性表达的lncRNA比在散居型蝗虫中表达的更多

在散居型和群居型蝗虫大脑中共表达9722个lncRNA（73.9％），而散居型蝗虫中特异性表达962个lncRNA（7.3％），群居型蝗虫中特定表达2469个lncRNA（18.8％）（图2A，顶部）。分别在散居型和群居型蝗虫中特异性表达了479和1090个mRNA（3.1％和7.1％）（图2A，底部）。这些结果表明，与mRNA相比，在两个蝗虫相型特异性表达的lncRNA的百分比更高，而在群居蝗虫中比散居型蝗虫中表达的lncRNAs更多。与散居型蝗虫相比，群居型蝗虫中335个lncRNA和779个mRNA的表达水平下调，而313个lncRNA和261个mRNA的表达上调[倍数变化（FC）>2和P